Niveaux d’automatisation

Dans le but de fournir une automatisation appropriée aux besoins utilisateurs, plusieurs descriptions de niveaux d’automatisation ont été proposées. Une revue de ces différents niveaux d’automatisations a été réalisée par (Vagia et al., 2016). Nous les présentons et complétons cette revue ci-après.

3.2.1 Niveaux d’automatisation de Sheridan, Verplank et Parasuraman

Les travaux de (Thomas B. Sheridan & Verplank, 1978) proposent une première description de différents niveaux d’automatisation possibles des tâches de télé-opération sous-marine. Ces niveaux d’automatisation sont présentés dans la Figure 16.

Level Description of Interaction

1 human does the whole job up to the point of turning it over to the computer to

implement

2 computer helps by determining the options

3 computer helps determine options and suggests one, which human need not follow.

4 computer selects action and human may or may not do it.

5 computer selects action and implements it if human approves

6 computer selects action, informs human in plenty of time to stop it

7 computer does whole job and necessarily tells human what it did

8 computer does whole job and tells human what it did only if human explicitly asks

Figure 16. Niveaux d'automatisation de (Thomas B. Sheridan & Verplank, 1978) pour la prise de décision pour une seule étape élémentaire de la décision.

Les travaux de (Thomas B. Sheridan, 1992) présentent 10 niveaux d’automatisation basés sur ceux de (Thomas B. Sheridan & Verplank, 1978). Ces 10 niveaux d’automatisation sont présentés en Figure 17. Pour chacun des 10 niveaux, l’interaction entre l’utilisateur et le système pour le choix de l’action à réaliser est décrite lorsqu’elle existe.

Figure 17. 10 niveaux d'automatisation tiré de (R. Parasuraman et al., 2000)

(R. Parasuraman et al., 2000) précise que les différentes étapes d’une tâche peuvent être d’un niveau d’automatisation différent. Ces travaux proposent également un processus pour déterminer le niveau d’automatisation appropriée pour chaque étape des tâches à réaliser.

3.2.2 Niveaux d’automatisation d’Endsley et Kiris

(Endsley, 1987) présente un modèle à 4 niveaux d’automatisation pour le cockpit interactif. Dans cette première version, elle n’inclut pas de niveau d’automatisation décrivant un contrôle totalement manuel et elle propose moins de variations de niveaux d’automatisation que (Thomas B. Sheridan & Verplank, 1978). (Endsley & Kiris, 1995) ont étudié chacun des niveaux d’automatisation proposés dans (Endsley, 1987), avec l’addition du niveau manuel d’automatisation, dans l’objectif d’identifier les niveaux d’automatisation où l’utilisateur est maintenu dans la boucle afin d’éviter qu’il soit out-of-loop et d’avoir un impact négatif sur le

situation awareness. En se basant sur les travaux de (Draper, 1995) et sur ses précédents

travaux, (Endsley, 1999) propose 10 niveaux d’automatisation présentés dans la Figure 18. Ces niveaux d’automatisation présentent l’avantage de fournir une applicabilité à une large gamme de tâches cognitives et psychomotrices nécessitant un contrôle en temps réel des systèmes dans de nombreux domaines, y compris le contrôle du trafic aérien, le pilotage d'aéronefs, la fabrication avancée et les télé-opérations.

Figure 18. Les 10 niveaux d'automatisation de (Endsley, 1999). Tableau tiré de (Vagia et al., 2016)

Les travaux de (Endsley, 2017) présentent une nouvelle version des niveaux d’automatisation. Ces niveaux d‘automatisation sont présentés dans la Figure 19. Les niveaux « information

cueing » et « situation awareness support » complètent les niveaux d’automatisation proposés

dans (Endsley, 1999). Chaque étape d’une tâche est allouée soit à l’humain, soit au système, soit au deux. La décomposition d’une tâche par Endsley diffère de celle proposée par (R. Parasuraman et al., 2000). (R. Parasuraman et al., 2000) propose de décomposer la phase de perception de l’information en 2 étapes alors qu’Endsley traite cette phase en une seule étape (monitoring information) mais décompose la phase de prise de décision en 2 étapes (génération d’options et sélection d’une action).

Figure 19. Niveaux d'automatisation proposés par (Endsley, 2016)

3.2.3 Autres niveaux d’automatisation

D’autres niveaux d’automatisation ont été proposés. Par exemple, (Ntuen & Park, 1988) propose d’ajouter le contrôle manuel aux niveaux d’automatisation de (Endsley, 1987). (Riley, 1989) propose de classifier les niveaux d’automatisation selon le niveau « d’intelligence » du système. Ce niveau d’intelligence décrit si le système est capable de fournir une réponse personnalisée ou seulement les données brutes à l’utilisateur par exemple. (Milgram et al., 1995) propose des niveaux d’automatisation pour le contrôle de robot télé-opérés prenant en compte trois dimensions : le degré d’autonomie du système, le niveau de structure de l’environnement distant (objets, géométrie, localisation et orientation des objets connus ou non) et le niveau de connaissance sur le monde distant par le système. (Lorenz et al., 2001) propose 3 niveaux d’automatisation selon le niveau d’aide apportée par le système à l’utilisateur pour la gestion des fautes. (Clough, 2002) propose 4 niveaux d’automatisation pour les véhicules aériens sans pilotes (UAV) : piloter à distance, opérer à distance, superviser à distance, autonomie totale. (Proud et al., 2003) propose 8 niveaux d’automatisation basés sur l’allocation entre l’humain et le système de 4 étapes proposées pour décrire une tâche : observer, orienter (analyse des données), décider et agir. (Fereidunian et al., 2007) propose de rajouter un niveau d’automatisation aux niveaux de (R. Parasuraman et al., 2000) où le système acquière les données et les stocke sans les analyser. (Vagia et al., 2016) proposent leurs propres 8 niveaux

d’automatisation afin de montrer comment des niveaux d’automatisation peuvent être créés. Ces 8 niveaux d’automatisation combinent des niveaux similaires des différents niveaux d’automatisation présentés, sélectionnés parmi des niveaux de d’automatisation récurrents et des niveaux d’automatisation proposés plus rarement. Egalement, (Kortenkamp et al., 1997) proposent 4 niveaux d’automatisation pour la coopération humain-robot : faire équipe, supervision, partage de tâches, guidage par l’humain et télé-opération. (Billings, 1991) propose 7 niveaux d’automatisation pour les tâches des pilotes dans le cockpit d’avion. Ces niveaux d’automatisation sont présentés en Figure 20.

Figure 20. Niveaux d'automatisation de (Billings, 1991)

3.2.4 Niveaux d’automatisation pour les voitures autonomes

(C. D. Johnson et al., 2017) soulignent que les niveaux d’automatisation, par leur définition haut niveau de l’allocation des fonctions et des tâches, n’adressent pas le niveau de détail des décisions allouées au système contenant de l’automatisation ou quelles décisions restent allouées à l’utilisateur. Leurs travaux proposent des niveaux d’abstraction de contrôle humain (LHCA) pour décrire le niveau de détail des entrées de contrôle de l’utilisateur dans un véhicule ou un télé-robot. Ces niveaux de contrôle sont : le contrôle direct (l’utilisateur contrôle tous les aspects du système), le contrôle augmenté (l’utilisateur entre les actions que le système exécute), le contrôle paramétré (l’utilisateur entre les paramètres désirés), le contrôle orienté but (l’utilisateur entre les buts un à un au fur et à mesure de la mission), le contrôle mission-capable (l’utilisateur entre tous les buts de la mission).

La (SAE J3016, 2019) définie 5 niveaux d’automatisation de la conduite pour les voitures contenant de l’automatisation. Ces niveaux d’automatisation de la conduite sont présentés dans la Figure 21. Ces niveaux d’automatisation décrivent différentes allocations de tâches et de fonctions entre l’utilisateur et la voiture pour la tâche dynamique de conduite (Dynamic Driving Task : DDT) :

 Contrôle de mouvement latéral du véhicule,

 Contrôle du mouvement longitudinal du véhicule (accélération et décélération),

 Surveillance de l'environnement de conduite (détection d'objets et d'événements,

reconnaissance, classification et préparation de la réponse),

 Exécution de la réponse,

 Planification des manœuvres,

 Amélioration de la visibilité via l'éclairage, la signalisation, les gestes, etc.

De plus, la SAE J3016 spécifie un ensemble de tâche sous la dénomination de détection d’objet et d’évènement et réponse (Object and Event Detection and Response : OEDR). Egalement, la SAE J3016 spécifie qu’une tâche peut être limitée à un domaine de conception opérationnel (Operational Design Domain : ODD) ne pouvant être dépassé. Par exemple, il peut être spécifier qu’une partie de la tâche de conduite ne peut être réalisée par le véhicule seulement si le marquage au sol est net et la météo bonne.

Les niveaux d’automatisations de la conduite définis par la SAE J3016 sont :

 Niveau 0 : Le conducteur humain réalise toute la tâche dynamique de conduite.

 Niveau 1 : Un système avancé d'assistance à la conduite (ADAS) sur le véhicule peut

parfois aider le conducteur humain à diriger ou à freiner / accélérer, mais pas les deux simultanément.

 Niveau 2 : Un système avancé d'assistance à la conduite (ADAS) sur le véhicule peut

lui-même contrôler à la fois la direction et le freinage / accélération simultanément dans certaines circonstances. Le conducteur humain doit continuer à porter toute son attention (« surveiller l'environnement de conduite ») et effectuer le reste de la tâche dynamique de conduite.

 Niveau 3 Un système de conduite automatisée (ADS) sur le véhicule peut lui-même

exécuter tous les aspects de la tâche de conduite dans certaines circonstances. Dans ces circonstances, le conducteur humain doit être prêt à reprendre le contrôle à tout moment lorsque l'ADS demande au conducteur humain de le faire. Dans toutes les autres circonstances, le conducteur humain exécute la tâche dynamique de conduite.

 Niveau 4 : Un système de conduite automatisée (ADS) sur le véhicule peut lui-même

effectuer toutes les tâches de la tâche dynamique de conduite et surveiller l'environnement de conduite dans certaines circonstances. L'humain n'a pas besoin de prêter attention dans ces circonstances.

 Niveau 5 : Un système de conduite automatisée (ADS) sur le véhicule peut effectuer

toute la tâche dynamique de conduite en toutes circonstances. Les occupants humains ne sont que des passagers et n'ont jamais besoin d'être impliqués dans la tâche dynamique de conduite.

Figure 21. Niveaux d'automatisation de la conduite de la SAE J3016

Les niveaux d’automatisation de la conduite de la (SAE J3016, 2019) diffèrent de ceux présentés dans les sections précédentes par le niveaux d’abstraction employé pour la description des tâches et des fonctions. En effet, différents niveaux d’une tâche particulière (la tâche dynamique de conduite) sont décrits contrairement aux autres niveaux d’automatisation présentés applicables à différentes tâches à réaliser dans le domaine d’application concerné. Egalement, ces niveaux d’automatisation décrivent des transitions possibles de niveaux d’automatisation lors de l’exécution du système. Une partie du trajet peut être réalisée en conduite partiellement autonome (par exemple en niveau 3) et une autre partie du trajet peut être réalisée avec l’utilisateur réalisant une partie de la tâche dynamique de conduite (par exemple en niveau 2).